มาตรฐานฮาร์มอนิกในประเทศไทย

ศักดิ์ชัย นรสิงห์
 sakchai@pea.or.th
       
                  ปัจจุบันปัญหาฮาร์มอนิก กำลังเป็นเรื่องที่สนใจจากผู้ที่ทำงานเกี่ยวข้องกับการทำงานของอุปกรณ์ที่ไวต่อการเปลี่ยน
          แปลงของกระแส และ แรงดัน และอุปกรณ์ที่เป็นแหล่งจ่ายฮาร์มอนิกและรวมไปถึงผู้ที่ทำงานเกี่ยวข้องกับการตรวจสอบ
         ระดับฮาร์มอนิก โดยทั่วไปแล้วกรณีที่ฮาร์มอนิกอยู่ในระบบ (ไม่พิจารณาถึงปัญหาฮาร์มอนิกรีโซแนนซ์ )แล้วมีค่าไม่เกิน
         ขีดจำกัดตามมาตรฐานของฮาร์มอนิก ก็จะไม่เกิดผลกระทบต่ออุปกรณ์
          
                 ปัจจุบัน การไฟฟ้าได้มีการนำ PRC-PQG-01-1998 ข้อกำหนดกฎเกณฑ์ฮาร์มอนิกเกี่ยวกับไฟฟ้าประเภทธุรกิจและ
         อุตสาหกรรม [1]  ซึ่งจัดทำโดยคณะทำงานปรับปรุงความเชื่อถือได้ของระบบไฟฟ้าของสามการไฟฟ้า  มาบังคับใช้กับผู้ใช้
        ไฟประเภทธุรกิจและอุตสาหกรรม ที่ทำสัญญาซื้อขายกับการไฟฟ้าแล้ว โดยอ้างอิงจากมาตรฐานต่างๆดังนี้

                1. Engineering Recommendation G.5/3 September 1976 The Electricity Council Chief Engineer
                    Conference "Limits for Harmonics in The United Kingdom Electricity Supply System"
                2. The State Energy Comission of Western Australia (SECWA)
                            Part 2 : Technical Requirement
               3. IEC 1000 : Electromagnetic Compatibility (EMC)
                            Part 4 : Testing and Measurement Techniques
                            Section 7 : General Guide on Harmonics and Interharmonics Measurements and Instrumentation for
                                              Power Supply Systems and Equipment Connected thereto

                          และปัจจุบันคณะทำงานฯดังกล่าวกำลังพิจารณาปรับปรุงมาตรฐานดังกล่าวโดย อ้างอิงตาม Engineering
                       Recommendation G.5/4 ปี 2000 เป็นหลักในการพิจารณาปรับปรุง ในบทความนี้จะกล่าวถึงข้อกำหนด
                       กฎเกณฑ์ฮาร์มอนิกเกี่ยวกับไฟฟ้าประเภทธุรกิจและอุตสาหกรรม PRC-PQG-01-1998 สรุปย่อดังนี้

            ขั้นตอนที่1 พิจารณาจากขนาดของอุปกรณ์
                   อุปกรณ์ที่สามารถนำเข้าระบบได้โดยไม่พิจารณาในส่วนฮาร์มอนิก
               1.1 อุปกรณ์ 3 เฟส ชนิด Convertor หรือ A.C.Regulator ไม่เกินหนึ่งตัว และมีขนาดไม่เกินตามตารางที่ 1
                     แต่ถ้ามีหลายตัวให้ไปพิจารณาในขั้นตอนที่ 2

                                                                               ตารางที่ 1
                                 ขนาดสูงสุดของอุปกรณ์ประเภท Convertor และ A.C. Regulator แต่ละตัว
ระดับแรงดันไฟฟ้า
ที่จุดต่อร่วม (kV)
Convertors ชนิด 3 เฟส (kVA)

A.C. Regulator ชนิด 3 เฟส (kVA)
3-Pulse
6-Pulse
12-Pulse
6-Thyristor
3-Thyristor /3-Diode
0.400
8
12
-
14
10
11 and 12
85
130
250
150
100


              1.2 อุปกรณ์ 1 เฟส
                 1.2.1  ต้องผลิตตามมาตรฐาน IEC-1000-3-2 ซึ่งเป็นมาตรฐานกำหนดขีดจำกัดฮาร์มอนิกที่ปล่อยจากอุปกรณ์ขนาดไม่เกิน
                          16 แอมป์ต่อเฟส (หรือสามารถดูได้จาก ข้อกำหนดกฎหนดเกณฑ์ฮาร์มอนิกที่เกิดจากอุปกรณ์ไฟฟ้าภายในบ้าน                            ซึ่งจัดทำโดยโดยคณะทำงานปรับปรุงความเชื่อถือได้ของระบบไฟฟ้าของสามการไฟฟ้า)
                 1.2.2  อุปกรณ์ Convertor หรือ A.C.Regulator แรงดัน 230 โวลท์ เพื่อการใช้งานในอุตสาหกรรมที่ไม่สร้างกระแส                            ฮาร์มอนิกอันดับคู่ มีขนาดไม่เกิน5 kVA โดยติดตั้งไม่เกินหนึ่งตัวต่อเฟส
                 1.2.3  ถ้ามีการติดตั้งอุปกรณ์มากกว่าหนึ่งตัวต่อหนึ่งเฟสให้พิจารณาตามขั้นตอนที่ 2

              ขั้นตอนที่2  พิจารณาจากระดับกระแสฮาร์มอนิก
              อุปกรณ์ที่ไม่ผ่านข้อกำหนดในขั้นตอนที่1 สามารถนำเข้าระบบได้เมื่อ
              2.1 อุปกรณ์ 3 เฟส
                2.1.1 ค่ากระแสฮาร์มอนิกที่จุดต่อร่วมต้องไม่เกินค่าขีดจำกัดในตารางที่ 2

                                                                                ตารางที่ 2
                                           ขีดจำกัดกระแสฮาร์มอนิกสำหรับผู้ใช้ไฟฟ้ารายใดๆที่จุดต่อร่วม

ระดับแรงดันไฟฟ้า
ที่จุดต่อร่วม (kV)
MVAsc
Base
อันดับฮาร์มอนิกและขีดจำกัดของกระแส (A rms)
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
0.400
10
48
34
22
56
11
40
9
8
7
19
6
16
5
5
5
6
4
6
11 and 12
100
13
8
6
10
4
8
3
3
3
7
2
6
2
2
2
2
1
1
22 , 24 and 33
500
11
7
5
9
4
6
3
2
2
6
2
5
2
1
1
2
1
1
69
500
8.8
5.9
4.3
7.3
3.3
4.9
2.3
1.6
1.6
4.9
1.6
4.3
1.6
1
1
1.6
1
1
115 and above
1,000
5
4
3
4
2
3
1
1
1
3
1
3
1
1
1
1
1
1

                              2.1.2  หากค่า MVAsc ต่ำสุด ณ จุดต่อร่วมมีค่าแตกต่างจากค่า MVAsc Base ที่ระบุในตารางที่ 2                                         ยอมให้ปรับค่ากระแสฮาร์มอนิกที่ยอมให้ไหลเข้าสู่ระบบด้วยสมการ

                                                                   

                                Ih = กระแสฮาร์มอนิก(A) ลำดับที่ h ที่ยอมให้ไหลเข้าสู่ระบบ เมื่อค่า MVAsc เป็น MVAsc1

                                Ihp = กระแสฮาร์มอนิก(A) ลำดับที่ h ที่กำหนดในตารางที่ 2

                                MVAsc1 = ค่าMVAsc ต่ำสุด ณ จุด PCC มีค่าไม่เท่ากับค่า MVAscBase

                                MVAscBase = ค่า MVAscBase สำหรับค่ากระแสฮาร์มอนิกตามตารางที่ 2

            ขั้นตอนที่3
                อุปกรณ์ไม่เป็นเชิงเส้นที่ไม่ผ่านการพิจารณาตามขั้นตอนที่ 2 ผู้ใช้ไฟอาจสามารถเชื่อมต่อโหลดดังกล่าวกับระบบไฟฟ้า
            ได้ถ้ามีการศึกษาทำการวิเคราะห์คำนวณจากคุณลักษณะระบบ และพฤติกรรมฮาร์มอนิก ของโหลดอย่างละเอียด   โดยผล
             ของแรงดันฮาร์มอนิกที่ได้ต้องไม่เกินขีดจำกัดตามตารางที่ 3

                                                                                      ตารางที่ 3
                                          ขีดจำกัดความเพี้ยนฮาร์มอนิกของแรงดันสำหรับผู้ใช้ไฟฟ้ารายใดๆที่จุดต่อร่วม

ระดับแรงดันไฟฟ้า
ที่จุดต่อร่วม (kV)
ค่าความเพี้ยนฮาร์มอนิกรวม
ของแรงดัน (%THDv)
ค่าความเพี้ยนฮาร์มอนิกของแรงดัน
แต่ละอันดับ (THDv%)
อันดับคี่
อันดับคู่
0.400
5
4
2
11,12,24, and 24
4
3
1.75
33
3
2
1
69
2.45
1.63
0.82
115
1.5
1
0.5

 

        ตัวอย่างการใช้มาตรฐานฯกับผู้ใช้ไฟ 4 ราย
                   1. รายที่1 รับไฟ 22 kV มีค่าพิกัดกำลังลัดวงจรที่จุดต่อร่วม (PPC) 200 MVA
                      ใช้โหลด Converter 6-P ขนาด 500 kVA
                   2. รายที่2 รับไฟ 22 kV มีค่าพิกัดกำลังลัดวงจรที่จุดต่อร่วม (PPC) 200 MVA
                       ใช้โหลด Converter 6-P ขนาด 600 kVA
                   3. รายที่3 รับไฟ 22 kV มีค่าพิกัดกำลังลัดวงจรที่จุดต่อร่วม (PPC) 200 MVA
                      ใช้โหลด Converter 6-P ขนาด 750 kVA
                   4. รายที่4 รับไฟ 400 V มีค่าพิกัดกำลังลัดวงจรที่จุดต่อร่วม (PPC) 4.3 MVA
                       ใช้โหลด Converter 6-P ขนาด 100 kVA

             ขั้นตอนที่ 1
                  ผู้ใช้ไฟฟ้ารายที่ 1 ,2 และ 3 รับไฟพิกัดแรงดัน 22 kV ให้ไปพิจารณาในขั้นตอนที่ 2 และผู้ใช้ไฟฟ้ารายที่ 4 รับไฟ
            400 V แต่อุปกรณ์ Converter 6-P มีขนาด kVA เกินค่าที่กำหนด ตามตารางที่ 1 ให้ไปพิจารณาในขั้นตอนที่ 2

             ขั้นตอนที่2
                   จากการตรวจวัดที่จุดต่อร่วม และผลการปรับกระแสฮาร์มอนิกตามข้อ 2.1.2 ได้ผลตามตารางดังนี้

ตารางที่1 ผู้ใช้ไฟรายที่1

ลำดับฮาร์มอนิก
5
7
11
13
17
19
ขีดจำกัดกระแสฮาร์มอนิกตามตารางที่2 Ihp  (A)
9
6
6
5
2
1
ขีดจำกัดกระแสฮาร์มอนิกที่ปรับใหม่  Ih (A)
3.6
2.4
2.4
2
0.8
0.4
กระแสฮาร์มอนิกจากการตรวจวัด ที่จุดต่อร่วม (A)
2.52
1.73
0.96
0.75
0.46
0.35
ขีดจำกัดแรงดันฮาร์มอนิก ตามตารางที่3  % Vh
3
3
3
3
3
3
แรงดันฮาร์มอนิกจากการตรวจวัดที่จุดต่อร่วม % Vh
0.24
0.23
0.2
0.18
0.15
0.13
ขีดจำกัดผลรวมแรงดันฮาร์มอนิก ตามตารางที่3 %THDv
ผลรวมแรงดันฮาร์มอนิกจากการวัดที่จุดต่อร่วม %THDv
4
0.56

ตารางที่2 ผู้ใช้ไฟรายที่2

ลำดับฮาร์มอนิก
5
7
11
13
17
19
ขีดจำกัดกระแสฮาร์มอนิกตามตารางที่2 Ihp  (A)
9
6
6
5
2
1
ขีดจำกัดกระแสฮาร์มอนิกที่ปรับใหม่  Ih (A)
3.6
2.4
2.4
2
0.8
0.4
กระแสฮาร์มอนิกจากการตรวจวัด ที่จุดต่อร่วม (A)
3.02
2.07
1.15
0.9
0.55
0.42
ขีดจำกัดแรงดันฮาร์มอนิก ตามตารางที่3  % Vh
3
3
3
3
3
3
แรงดันฮาร์มอนิกจากการตรวจวัดที่จุดต่อร่วม % Vh
0.29
0.27
0.24
0.22
0.18
0.15
ขีดจำกัดผลรวมแรงดันฮาร์มอนิก ตามตารางที่3 %THDv
ผลรวมแรงดันฮาร์มอนิกจากการวัดที่จุดต่อร่วม %THDv
4
0.67

ตารางที่ 3 ผู้ใช้ไฟรายที่3

ลำดับฮาร์มอนิก
5
7
11
13
17
19
ขีดจำกัดกระแสฮาร์มอนิกตามตารางที่2 Ihp  (A)
9
6
6
5
2
1
ขีดจำกัดกระแสฮาร์มอนิกที่ปรับใหม่  Ih (A)
3.6
2.4
2.4
2
0.8
0.4
กระแสฮาร์มอนิกจากการตรวจวัด ที่จุดต่อร่วม (A)
3.78
2.61
1.43
1.12
0.69
0.53
ขีดจำกัดแรงดันฮาร์มอนิก ตามตารางที่3  % Vh
3
3
3
3
3
3
แรงดันฮาร์มอนิกจากการตรวจวัดที่จุดต่อร่วม % Vh
0.36
0.35
0.3
0.28
0.22
0.20
ขีดจำกัดผลรวมแรงดันฮาร์มอนิก ตามตารางที่3 %THDv
ผลรวมแรงดันฮาร์มอนิกจากการวัดที่จุดต่อร่วม %THDv
4
0.84

ตารางที่ 4ผู้ใช้ไฟรายที่4

ลำดับฮาร์มอนิก
5
7
11
13
17
19
ขีดจำกัดกระแสฮาร์มอนิกตามตารางที่2 Ihp  (A)
56
40
19
13
6
6
ขีดจำกัดกระแสฮาร์มอนิกที่ปรับใหม่  Ih (A)
24.08
17.2
8.17
5.59
2.58
2.58
กระแสฮาร์มอนิกจากการตรวจวัด ที่จุดต่อร่วม (A)
2.71
19.05
10.53
8.22
5.05
3.9
ขีดจำกัดแรงดันฮาร์มอนิก ตามตารางที่3  % Vh
3
3
3
3
3
3
แรงดันฮาร์มอนิกจากการตรวจวัดที่จุดต่อร่วม % Vh
2.23
2.15
1.86
1.72
 1.38
1.19
ขีดจำกัดผลรวมแรงดันฮาร์มอนิก ตามตารางที่3 %THDv
ผลรวมแรงดันฮาร์มอนิกจากการวัดที่จุดต่อร่วม %THDv
5
5.23
 


              สรุป ค่ากระแสและแรงดันฮาร์มอนิกของตัวอย่างผู้ใช้ไฟ 4 รายจากประเมินในขั้นตอนที่ 2
                  ด้วยการตรวจวัด กับค่าขีดจำกัดฮาร์มอนิกตามมาตรฐานที่ กฟภ.กำหนด ที่จุดต่อร่วม

              ผู้ใช้ไฟรายที่1. มีค่ากระแสฮาร์มอนิก ที่จุดต่อร่วมไม่เกินขีดจำกัดกระแส ฮาร์มอนิกตามมาตรฐานฯ
                                      ผู้ใช้ไฟไม่ต้องทำการแก้ไขในส่วนของฮาร์มอนิก
 
              ผู้ใช้ไฟรายที่2. มีค่ากระแสฮาร์มอนิกที่จุดต่อร่วมเกินขีดจำกัดกระแส ฮาร์มอนิกตามมาตรฐานฯ
                                     1 อันดับ ซึ่งตามข้อกำหนดใน 2.1.3 ผู้ใช้ไฟไม่ต้องทำการแก้ไขในส่วนของฮาร์มอนิก

               ผู้ใช้ไฟรายที่3. มีค่ากระแสฮาร์มอนิกที่จุดต่อร่วมเกินขีดจำกัดกระแส ฮาร์มอนิกตามมาตรฐานฯ
                                       มากกว่า 2 อันดับ ต้องไปทำการประเมินในขั้นตอนที่ 3 หรือผู้ใช้ไฟต้องทำการแก้ไข
                                       ในส่วนของค่ากระแสฮาร์มอนิกเอง

               ผู้ใช้ไฟรายที่4. มีค่ากระแสและแรงดันฮาร์มอนิกที่จุดต่อร่วมเกินขีดจำกัดฮาร์มอนิกตามมาตรฐานฯ
                                        มากกว่า 2 อันดับ และมีค่าผลรวมแรงดันฮาร์มอนิกเกินขีดจำกัดตามตารางที่ 3 ผู้ใช้
                                        ไฟต้องทำการแก้ไขในส่วนของฮาร์มอนิกเอง

             สรุป
                  ปัญหาฮาร์มอนิกในระบบไฟฟ้าในบ้านเรา ถ้าไม่มีการควบคุมอาจจะจะเกิดปัญหาขึ้นได้    ซึ่งปัจจุบันการไฟฟ้า
             ทั้ง 3 แห่ง ได้นำข้อกำหนดกฎเกณฑ์ฮาร์มอนิกเกี่ยวกับไฟฟ้าประเภทธุรกิจและอุตสาหกรรม    มาบังคับใช้กับผู้ใช้ไฟ
             แล้วและดำเนินการตรวจสอบระดับฮาร์มอนิกกับผู้ใช้ไฟรายต่างๆ   ซึ่งจากตัวอย่างการตรวจสอบดังข้างต้นจะเป็นการ
             การตรวจสอบตามมาตรฐานเท่านั้น ซึ่งแต่ละลำดับมีเพียงค่าเดียวแต่จากประสบการณ์การตรวจสอบผู้ใช้ไฟรายต่างๆ
             การวัดค่าฮาร์มอนิกค่าที่วัดแต่ละลำดับ จะมีค่าต่างๆเป็นจำนวนมาก เนื่องการตรวจวัดต้องทำการวัดเป็นวัน  หรือครบ
            รอบการทำงานของเครื่องจักร ซึ่งการประเมินระดับค่าฮาร์มอนิกที่มีค่ามากเช่นนี้ ทางการไฟฟ้าจะพิจารณา       โดยนำ
            จำนวนของค่าต่างๆของฮาร์มอนิกทุกลำดับมาคิดที่  95 % ต้องไม่เกินค่าขีดจำกัดของกระแสและแรงดันตามมาตรฐาน ซึ่ง
            สำหรับรายละเอียดในการตรวจวัดและการประเมินที่ 95 % จะนำมาเสนอรายละเอียดในครั้งต่อไป   และสำหรับรายละ
            เอียดสามารถเข้าไปดูได้ที่ http://www.pea.or.th/powerquality/harmonic.htm   และ http://www.mea.or.th/st_mea.htm

                เอกสารอ้างอิง
             1. PRC-PQG-01-1998 ข้อกำหนดกฎเกณฑ์ฮาร์มอนิกเกี่ยวกับไฟฟ้าประเภทธุรกิจและอุตสาหกรรม
                 " คณะทำงานศึกษา และกำหนดค่าที่เหมาะสมของ Power Quality "
             2. IEC 1000-3-2 Limit for harmonic current emission (equipment input current 16 A per phase)
             3 . PRC-PQG-03D-1998 ข้อกำหนดกฎเกณฑ์ฮาร์มอนิกที่เกิดจากอุปกรณ์ไฟฟ้าภายในบ้าน
                  " คณะทำงานศึกษา และกำหนดค่าที่เหมาะสมของ Power Quality "